操作系統(tǒng)復(fù)習(xí)課

操作系統(tǒng)復(fù)習(xí)課一、操作系統(tǒng)概論設(shè)置操作系統(tǒng)的主要目標(biāo)是：1．方便性；2．有效性；3．可擴(kuò)充性；4．開放性；操作系統(tǒng)的概念（1）提供用戶與硬件系統(tǒng)之間的軟件接口，使用戶能通過操作系統(tǒng)方便地使用計(jì)算機(jī)。（2）控制和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟、硬件資源，使之得到有效利用。（3）作為虛擬機(jī)，合理組織計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作流程，以增強(qiáng)系統(tǒng)的處理能力。總之，所謂計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)是指控制和管理計(jì)算機(jī)的軟、硬件資源，合理組織計(jì)算機(jī)的工作流程，方便用戶使用的程序和數(shù)據(jù)的集合。操作系統(tǒng)功能

1．進(jìn)程管理進(jìn)程管理又稱“處理機(jī)管理”，其主要功能是對(duì)中央處理器（CPU）進(jìn)行管理。

多道程序設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是多個(gè)程序共享CPU資源，CPU的利用率較高。特權(quán)指令，非特權(quán)指令，系統(tǒng)態(tài)（又稱管態(tài)、核心態(tài)），用戶態(tài)（又稱目態(tài)）

2．存儲(chǔ)管理存儲(chǔ)管理的主要功能是管理內(nèi)存資源。

3、設(shè)備管理操作系統(tǒng)設(shè)備管理的主要功能是為進(jìn)程分配外設(shè)、啟動(dòng)外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，使用戶不必了解設(shè)備以及接口的技術(shù)細(xì)節(jié)就可以方便地對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作。為了彌補(bǔ)CPU和外部設(shè)備速度的差異，提高CPU和外設(shè)之間的并行能力，系統(tǒng)采用了中斷技術(shù)、通道技術(shù)、緩沖技術(shù)和虛擬設(shè)備技術(shù)等，為用戶提供了功能強(qiáng)大、界面友好的設(shè)備使用手段。

4．文件管理文件管理的主要任務(wù)是有效管理文件的存儲(chǔ)空間，合理組織和管理文件系統(tǒng)的目錄，支持對(duì)文件的存儲(chǔ)、讀寫操作，解決文件信息的共享、保護(hù)及訪問控制等。5、作業(yè)管理/用戶接口（為用戶提供使用上的方便）作業(yè)管理的主要任務(wù)是根據(jù)用戶的要求對(duì)作業(yè)的實(shí)際運(yùn)行進(jìn)行合理的組織和相應(yīng)的控制，即作業(yè)的調(diào)度和控制。操作系統(tǒng)的分類

（1）批處理（操作）系統(tǒng)；

優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)吞吐量大，資源利用率高。

缺點(diǎn)：交互能力比較差（2）分時(shí)系統(tǒng)；

特點(diǎn)：1）同時(shí)性，也稱為多路性；

2）交互性；3）獨(dú)立性；4）及時(shí)性（3）實(shí)時(shí)系統(tǒng)；

特征：快速的處理能力（4）網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)；

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是通過通信設(shè)施把地理上分散的具有自制能力的計(jì)算機(jī)連接起來，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換、資源共享和互操作為目的的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。（5）分布式操作系統(tǒng)。

分布式操作系統(tǒng)也是通過通信網(wǎng)絡(luò)將物理上分散且具有自制能力的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互連起來，實(shí)現(xiàn)信息和資源共享，協(xié)作完成任務(wù)。操作系統(tǒng)的特征：

1．并發(fā)性；2．共享性；3．不確定性；4．虛擬性。作業(yè)調(diào)度：FCFS；SJP；時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法；優(yōu)先級(jí)法；高響應(yīng)比優(yōu)先法。用短作業(yè)優(yōu)先法（SJP）計(jì)算作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間看ppt后面的習(xí)題二、進(jìn)程管理程序順序執(zhí)行時(shí)的特征

1．順序性；2．封閉性；3．可再現(xiàn)性。程序并發(fā)執(zhí)行時(shí)的特征

1．間斷性；2．失去封閉性；3．不可再現(xiàn)性（程序和機(jī)器執(zhí)行程序的活動(dòng)不再一一對(duì)應(yīng)）進(jìn)程的定義：進(jìn)程是程序及其數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)上的一次運(yùn)行，是系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度和資源分配的獨(dú)立單位。為什么引入進(jìn)程？進(jìn)程的特征：（1）動(dòng)態(tài)性；（2）并發(fā)性；

（3）獨(dú)立性；

（4）異步性；（5）交互性；（6）結(jié)構(gòu)性。進(jìn)程的三個(gè)基本狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換條件：就緒狀態(tài)；執(zhí)行狀態(tài)；等待狀態(tài)進(jìn)程的組成：進(jìn)程通常有程序、數(shù)據(jù)集合和進(jìn)程控制塊三部分。

PCB是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志進(jìn)程與程序的區(qū)別：線程的基本概念及線程的引入

線程與進(jìn)程的比較

進(jìn)程調(diào)度

調(diào)度方式：1．非搶占方式（非剝奪式調(diào)度）2．搶占方式（剝奪式調(diào)度）調(diào)度算法：FCFS；

SJP；時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法；優(yōu)先級(jí)法；高響應(yīng)比優(yōu)先法。進(jìn)程同步和互斥的基本概念

進(jìn)程的同步是指進(jìn)程之間的一種直接的協(xié)同工作關(guān)系。即進(jìn)程之間相互制約的等待與互通消息。

進(jìn)程的互斥是指進(jìn)程之間的一種間接關(guān)系。即兩個(gè)或兩個(gè)以上的進(jìn)程之間互相爭(zhēng)奪臨界資源的現(xiàn)象臨界資源:操作系統(tǒng)中一次僅允許一個(gè)進(jìn)程使用的資源稱為臨界資源。臨界區(qū)：進(jìn)程互斥執(zhí)行的程序段。臨界區(qū)的調(diào)用原則是：（1）有空讓進(jìn)；（2）忙則等待；（3）有限等待；（4）讓權(quán)等待信號(hào)量和P、V操作：信號(hào)量：是一個(gè)特殊變量，表示資源的實(shí)體，其值僅能由P、V操作來改變，信號(hào)量分為公用信號(hào)量和私用信號(hào)量公用信號(hào)量：用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的互斥，初值為1，可進(jìn)行P、V操作；私用信號(hào)量：用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的同步，初值為0或正整數(shù)n，擁有它的進(jìn)程只能進(jìn)行P操作

P、V操作的定義：S為信號(hào)量

P（S）：（1）S=S-1，申請(qǐng)調(diào)用資源若S>=0，調(diào)用P（S）的進(jìn)程繼續(xù)若S<0，調(diào)用P（S）的進(jìn)程阻塞，進(jìn)入阻塞隊(duì)列P操作限制一次只有一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)。V（S）：（1）S=S+1，申請(qǐng)回收資源（2）若S>0，調(diào)用V（S）的進(jìn)程繼續(xù)（3）若S<=0，從等待隊(duì)列中取一個(gè)進(jìn)程V操作，任何一個(gè)進(jìn)程退出臨界區(qū)前必須調(diào)用V操作，以保證進(jìn)程在臨界區(qū)逗留有限時(shí)間，若有進(jìn)程在等待進(jìn)入臨界區(qū)，V操作將喚醒等待隊(duì)列中首進(jìn)程，使其可以進(jìn)入臨界區(qū)經(jīng)典同步問題進(jìn)程的高級(jí)通訊：（1）消息緩沖；（2）信箱通信；(3)管道通信死鎖的概念：在系統(tǒng)中某個(gè)進(jìn)程提出資源請(qǐng)求后，使得若干進(jìn)程在無外力作用下永遠(yuǎn)不能前進(jìn)（繼續(xù)運(yùn)行），這種現(xiàn)象稱為死鎖。即死鎖是進(jìn)程在運(yùn)行中對(duì)資源要求在時(shí)間上的沖突。產(chǎn)生死鎖的原因：

1．競(jìng)爭(zhēng)資源不足；

2．進(jìn)程推進(jìn)順序不恰當(dāng)；產(chǎn)生死鎖的4個(gè)必要條件：互斥使用資源；占用并等待資源（逐次請(qǐng)求資源或部分分配資源）；不可搶奪資源；循環(huán)等待資源死鎖預(yù)防：指在確定資源分配算法時(shí)消除產(chǎn)生死鎖的可能性系統(tǒng)的安全狀態(tài)（死鎖避免）：進(jìn)程申請(qǐng)資源時(shí)，系統(tǒng)通過一定的算法判斷本次申請(qǐng)是否不可能產(chǎn)生死鎖（處于安全狀態(tài)）。若可能產(chǎn)生死鎖（處于不安全狀態(tài)），則暫不進(jìn)行本次資源分配，以避免死鎖。算法有著名的銀行家算法。死鎖檢測(cè)：資源分配圖的化簡(jiǎn)死鎖定理：系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)的充分條件是，當(dāng)且僅當(dāng)其資源分配圖是不可完全化簡(jiǎn)時(shí)。系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)。死鎖的解除

（1）終止進(jìn)程法：終止處于死鎖的進(jìn)程，釋放其占有的資源；（2）掛起進(jìn)程法：掛起處于死鎖狀態(tài)的進(jìn)程，剝奪它們占用的資源，使其他進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行，待條件滿足時(shí)再解掛被掛起的進(jìn)程三、內(nèi)存管理存儲(chǔ)器管理的功能：

（1）內(nèi)存分配；（2）地址重定位（地址轉(zhuǎn)換）；（3）內(nèi)存空間的共享與保護(hù)；（4）內(nèi)存擴(kuò)充。地址重定位：指把程序空間中的邏輯地址轉(zhuǎn)換為存儲(chǔ)空間的物理地址的過程．又稱為地址映射。靜態(tài)重定位：在程序目標(biāo)模塊裝入時(shí)由裝入程序完成的。裝入程序把目標(biāo)模塊中的邏輯地址與本程序在內(nèi)存中的起始地址相加得到正確的物理地址。

優(yōu)缺點(diǎn)：動(dòng)態(tài)重定位：是在程序運(yùn)行時(shí)完成的，靠硬件地址變換機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。優(yōu)缺點(diǎn)：?jiǎn)我贿B續(xù)分配存儲(chǔ)管理方式多個(gè)分區(qū)的存儲(chǔ)管理之一：固定分區(qū)管理方式(分區(qū)大小、個(gè)數(shù)均固定)多個(gè)分區(qū)的存儲(chǔ)管理之二：可變分區(qū)管理(動(dòng)態(tài)分區(qū)分配)

分區(qū)分配算法：首次適應(yīng)算法（FF）、循環(huán)首次適應(yīng)算法（CFF）、最佳適應(yīng)算法（BF）、最差適應(yīng)算法（WF）。分頁存儲(chǔ)管理方式

分段式存儲(chǔ)管理方式頁式虛擬存儲(chǔ)管理(請(qǐng)求分頁方式管理)

虛擬存儲(chǔ)器的基本概念；覆蓋技術(shù)（解決小內(nèi)存運(yùn)行大作業(yè)）；對(duì)換技術(shù)（解決小內(nèi)存實(shí)現(xiàn)分時(shí)系統(tǒng)）。頁面替換算法；抖動(dòng)與工作集；Belay現(xiàn)象段頁式存儲(chǔ)管理方式列出每種存儲(chǔ)管理方法的原理，地址變換過程，優(yōu)缺點(diǎn)四、文件系統(tǒng)文件的分類

按文件的性質(zhì)類：（1）普通文件

（2）目錄文件

（3）特殊文件

UNIX系統(tǒng)將文件分為三類普通文件；目錄文件；特殊文件（設(shè)備文件，把外部設(shè)備也看作文件）文件系統(tǒng)的功能：文件的邏輯結(jié)構(gòu)可分為以下兩類。1．有結(jié)構(gòu)的文件2．無結(jié)構(gòu)文件對(duì)文件的邏輯結(jié)構(gòu)的存取有兩種方法：

（1）順序存??；（2）隨機(jī)存取。文件的物理結(jié)構(gòu)

連續(xù)結(jié)構(gòu)；鏈接結(jié)構(gòu)（顯式和隱式）；索引結(jié)構(gòu)；UNIX文件系統(tǒng)的混合索引結(jié)構(gòu)文件目錄：?jiǎn)渭?jí)目錄結(jié)構(gòu)；二級(jí)目錄結(jié)構(gòu)；多級(jí)目錄結(jié)構(gòu)

文件的共享：基于索引節(jié)點(diǎn)的共享；基于符號(hào)鏈的共享空閑塊的管理：空閑文件目錄；空閑塊鏈；位示圖。UNIX系統(tǒng)的空閑塊成組鏈接法文件的保護(hù)：口令；密碼；冗余；備份五、設(shè)備管理設(shè)備分類：設(shè)備管理的任務(wù)：

1、提高設(shè)備的利用率

2、設(shè)備獨(dú)立性（1）獨(dú)立于同類設(shè)備的具體設(shè)備號(hào)。

（2）獨(dú)立于設(shè)備類型。

3、字符編碼的獨(dú)立性

4、設(shè)備處理的一致性設(shè)備管理的功能（1）監(jiān)視系統(tǒng)中所有設(shè)備的狀態(tài)。

（2）設(shè)備分配。

（3）設(shè)備控制數(shù)據(jù)傳送控制方式：程序直接控制方式中斷控制方式DMA方式通道控制方式

緩沖技術(shù)：什么是緩沖？為什么引入緩沖？

1．緩和處理機(jī)和I/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾

2．減少對(duì)CPU的中斷次數(shù)

3．提高CPU和I/O設(shè)備之間的并行性單緩沖雙緩沖

緩沖池：工作原理設(shè)備分配技術(shù)獨(dú)享設(shè)備的分配：靜態(tài)分配共享設(shè)備的分配：先來先服務(wù)；優(yōu)先級(jí)高者優(yōu)先虛擬設(shè)備的分配與Spooling技術(shù)：設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能：

（1）實(shí)現(xiàn)邏輯設(shè)備到物理設(shè)備的轉(zhuǎn)換。（2）檢查I/O請(qǐng)求的合法性，了解I/O設(shè)備的狀態(tài)，傳遞有關(guān)參數(shù)，設(shè)置設(shè)備的工作方式。（3）發(fā)出I/O命令，啟動(dòng)相應(yīng)的I/O設(shè)備，完成相應(yīng)的I/O操作。（4）及時(shí)響應(yīng)中斷請(qǐng)求，并根據(jù)中斷類型調(diào)用相應(yīng)的中斷處理程序進(jìn)行處理。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的處理過程：

（1）將邏輯設(shè)備轉(zhuǎn)換為物理設(shè)備。

（2）I/O請(qǐng)求的合法性檢查。

（3）檢查設(shè)備的狀態(tài)。

（4）傳送參數(shù)。

（5）啟動(dòng)I/O設(shè)備。

磁盤的驅(qū)動(dòng)調(diào)度：

磁盤讀取數(shù)據(jù)時(shí)間：尋道時(shí)間；旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間；數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間。驅(qū)動(dòng)調(diào)度算法：

（1）先來先服務(wù)（